20 juli 2019

Vormt zout de sleutel tot het magnetisme van Uranus en Neptunus?

De samenstelling van Uranus en Neptunus. Op de grens tussen de kern en de mantel zou veel IJs X voor moeten komen. Astronomen hebben ontdekt dat IJs X een elektrische geleider kan worden.

Verschillende planeten en manen in ons zonnestelsel hebben veel ijs in hun inwendige, maar we hebben het hier niet over het huis-tuin-en-keuken ijs dat ‘s winters op de sloot ligt. Nee, in het inwendige van grote hemelobjecten wordt ijs blootgesteld aan een extreme druk en temperatuur.

Als water (H20) bevriest, worden de moleculen samengebonden in een kristallijne rastervorm, die bij elkaar wordt gehouden door zogenaamde waterstofbruggen. Aangezien waterstofbruggen een nogal grote verscheidenheid hebben, bestaan er ook verschillende soorten waterijs: maar liefst 16, die allemaal verschillen in de vorm van hun kristalraster.

Geen van deze ijsvormen kan echter bestaan in het inwendige van bevroren planeten en manen. Naarmate de druk op het ijs hoger wordt, wordt het aantal mogelijke rastervormen steeds minder. Dat komt doordat de watermoleculen dichter op elkaar geplakt worden, zodat het ijs steeds dichter van structuur wordt. Zodra de druk hoger wordt dan 2 gigapascal (20.000 keer de luchtdruk op zeeniveau op aarde) blijven slechts twee mogelijke ijsstructuren over: IJs VII en IJs VIII.

Hoewel gewoon ijs een hexagonale structuur heeft, heeft IJs VII een kubusstructuur en IJs VIII een tetragonale structuur. Als je vervolgens de druk nog verder verhoogt, tot 60 gigapascal (60.000 keer de luchtdruk op zeeniveau op aarde), blijft slechts één vorm van ijs over: IJs X. Het is deze vorm van ijs die we kunnen verwachten in het inwendige van planeten met een ijskern, zoals Uranus en Neptunus. IJs X heeft een heel bijzondere rastervorm, aangezien de watermoleculen opgebroken worden. Hierbij worden de waterstofatomen gedeeld door meerdere zuurstofatomen, een vorm van waterijs dat non-moleculair ijs wordt genoemd. Bij een vergelijkbare druk (60 gigapascal), maar dan onder een hoge temperatuur, wordt waterijs geacht iets bijzonders te gaan doen: de waterstofatomen worden mobiel. Dat betekent dat de wateratomen vrij door het zuurstofraster kunnen stromen, waardoor het ijs plotseling een elektrische geleider wordt. Hoe deze faseverandering precies in z’n werk gaat, is nog niet helemaal bekend.Aangezien het inwendige van ijsplaneten ook zoutig kan zijn (als gevolg van interacties tussen het ijs en rotsen) hebben Franse wetenschappers gekeken hoe groot de invloed van zout kan zijn op de faseverandering van IJs VII naar IJs X. Deze invloed blijkt heel groot te zijn: als IJs VII zoutig is, heb je een veel hogere druk nodig om IJs X te maken. Echter, zoutig IJs VII wordt veel sneller een elektrische geleider dan zoutloos ijs. Wellicht is hiermee het ontstaan verklaard van het magnetische veld van zowel Uranus als Neptunus. Bron: Carnegie Institution for Science.

Laat wat van je horen

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.